第5章 微波元器件

1、第第5章章 微波元器件微波元器件第第5 5章章 微波元器件微波元器件5.1 連接匹配元件連接匹配元件5.2 功率分配元器件功率分配元器件5.3 微波諧振器件微波諧振器件5.4 微波鐵氧體器件微波鐵氧體器件第第5章章 微波元器件微波元器件本章作業(yè)：本章作業(yè)： 5.1、5.7、5.10、5.15第第5章章 微波元器件微波元器件 在各個頻段工作的電子設(shè)備，都需要各種功能的元器件，在各個頻段工作的電子設(shè)備，都需要各種功能的元器件，既有既有電感電感、電容電容、電阻電阻、濾波器濾波器、諧振回路諧振回路等等無源器件無源器件，以實，以實現(xiàn)信號現(xiàn)信號匹配、分配、濾波匹配、分配、濾波等；又有晶體管等等；又有晶體管

2、等有源器件有源器件，以實現(xiàn)，以實現(xiàn)信號產(chǎn)生、放大、調(diào)制、變頻信號產(chǎn)生、放大、調(diào)制、變頻等。等。 同樣，同樣，微波系統(tǒng)微波系統(tǒng)也需要有各種也需要有各種無源無源和和有源有源器件，其功能是器件，其功能是對微波信號進行必要的對微波信號進行必要的處理或變換處理或變換，它們是微波系統(tǒng)的重要組，它們是微波系統(tǒng)的重要組成部分。微波元件按其變換性質(zhì)可分為成部分。微波元件按其變換性質(zhì)可分為線性互易和線性非互易線性互易和線性非互易元器件元器件以及以及非線性元件非線性元件三大類。三大類。 線性互易元件線性互易元件只對微波信號進行線性變換而不改變頻率特只對微波信號進行線性變換而不改變頻率特性且滿足互易定理性且滿足互易定

3、理，主要包括各種，主要包括各種微波連接匹配元件微波連接匹配元件、功率分功率分配元器件配元器件、微波濾波器件微波濾波器件及及微波諧振器微波諧振器等；等；第第5章章 微波元器件微波元器件 線性非互易元器件線性非互易元器件主要是指主要是指鐵氧體器件鐵氧體器件，其，其散射矩陣散射矩陣不對不對稱，但稱，但仍工作在線性區(qū)域仍工作在線性區(qū)域，主要包括，主要包括隔離器隔離器、環(huán)行器環(huán)行器等；等； 非線性元器件非線性元器件能引起頻率的改變能引起頻率的改變，從而實現(xiàn)，從而實現(xiàn)放大放大、調(diào)制調(diào)制、變頻變頻等，主要包括等，主要包括微波電子管微波電子管、微波晶體管微波晶體管、微波固態(tài)諧振器微波固態(tài)諧振器、微波場效應(yīng)管微

4、波場效應(yīng)管及及微波電真空器件微波電真空器件等。等。 本章從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，重點介紹具有代表性的幾組本章從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，重點介紹具有代表性的幾組微波無源元器件，主要有：微波無源元器件，主要有：連接匹配元件連接匹配元件、功率分配元器件功率分配元器件、微波諧振元件微波諧振元件和和微波鐵氧體器件微波鐵氧體器件第第5章章 微波元器件微波元器件 短路負載短路負載是實現(xiàn)微波系統(tǒng)短路的器件是實現(xiàn)微波系統(tǒng)短路的器件, 對對金屬波導(dǎo)金屬波導(dǎo)最方便最方便的短路負載是在波導(dǎo)終端接上一塊金屬片。的短路負載是在波導(dǎo)終端接上一塊金屬片。 但在實際微波系統(tǒng)但在實際微波系統(tǒng)中往往需要改變中往往需要改變終端短路面終端短

5、路面的位置的位置, 即需要一種即需要一種可移動可移動的短路的短路面面, 這就是這就是短路活塞短路活塞。短路活塞可分為。短路活塞可分為接觸式短路活塞接觸式短路活塞和和扼流扼流式短路活塞式短路活塞兩種兩種, 前者已不太常用前者已不太常用, 此處主要介紹此處主要介紹扼流式短路活扼流式短路活塞塞。 1. 終端負載元件終端負載元件(1) 短路負載短路負載5.1 連接匹配元件連接匹配元件 應(yīng)用于應(yīng)用于同軸線同軸線和波導(dǎo)的和波導(dǎo)的扼流式短路活塞扼流式短路活塞如圖如圖 51(a)、 (b)所所示示, 它們的有效短路面不在活塞和系統(tǒng)內(nèi)壁直接接觸處它們的有效短路面不在活塞和系統(tǒng)內(nèi)壁直接接觸處, 而向波而向波源方向

6、移動源方向移動g/2的距離。的距離。 第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖 5 1 扼流短路活塞及其等效電路扼流短路活塞及其等效電路第第5章章 微波元器件微波元器件 這種結(jié)構(gòu)是由兩段不同等效特性阻抗的這種結(jié)構(gòu)是由兩段不同等效特性阻抗的g/4變換段構(gòu)成，變換段構(gòu)成，其工作原理可用如圖其工作原理可用如圖 51(c)所示的等效電路來表示，其中所示的等效電路來表示，其中cd段段相當(dāng)于相當(dāng)于g/4終端短路的傳輸線，終端短路的傳輸線， bc段相當(dāng)于段相當(dāng)于g/4終端開路的傳終端開路的傳輸線，兩段傳輸線之間串有電阻輸線，兩段傳輸線之間串有電阻Rk，它是接觸電阻，由等效，它是接觸電阻，由等效電路不難證明電路不

7、難證明ab面上的輸入阻抗為：面上的輸入阻抗為：Zab=0即即ab面上等效為短面上等效為短路，于是當(dāng)活塞移動時實現(xiàn)了短路面的移動。路，于是當(dāng)活塞移動時實現(xiàn)了短路面的移動。 扼流短路活塞的優(yōu)點是損耗小扼流短路活塞的優(yōu)點是損耗小, 而且駐波比可以大于而且駐波比可以大于100，但這種活塞頻帶較窄，一般只有但這種活塞頻帶較窄，一般只有10%15%的帶寬。如圖的帶寬。如圖51(d)所示的是同軸所示的是同軸S型扼流短路活塞，它具有寬帶特性。型扼流短路活塞，它具有寬帶特性。第第5章章 微波元器件微波元器件 匹配負載匹配負載是一種幾乎能是一種幾乎能全部吸收全部吸收輸入功率的單端口元件。輸入功率的單端口元件。 (

8、2) 匹配負載匹配負載 對于波導(dǎo)對于波導(dǎo), 小功率匹配負載小功率匹配負載是在一段終端短路的波導(dǎo)內(nèi)是在一段終端短路的波導(dǎo)內(nèi)放置一塊或幾塊劈形吸收片放置一塊或幾塊劈形吸收片，如圖如圖52(a)所示所示，吸收片通常由吸收片通常由介質(zhì)片介質(zhì)片（如（如陶瓷、膠木片陶瓷、膠木片等）等）涂以金屬碎末或炭木涂以金屬碎末或炭木制成。當(dāng)吸制成。當(dāng)吸收片平行地放置在波導(dǎo)中電場最強處收片平行地放置在波導(dǎo)中電場最強處, 在電場作用下吸收片強在電場作用下吸收片強烈吸收微波能量烈吸收微波能量, 使其反射變小。使其反射變小。劈尖的長度越長吸收效果越劈尖的長度越長吸收效果越好好, 匹配性能越好匹配性能越好, 劈尖長度一般取劈尖

9、長度一般取g/2的整數(shù)倍；的整數(shù)倍； 當(dāng)當(dāng)功率較大時功率較大時可以在短路波導(dǎo)內(nèi)放置鍥形吸收體可以在短路波導(dǎo)內(nèi)放置鍥形吸收體, 或在波或在波導(dǎo)外側(cè)加裝散熱片以利于散熱導(dǎo)外側(cè)加裝散熱片以利于散熱, 如圖如圖52(b)、(c)所示所示; 第第5章章 微波元器件微波元器件 當(dāng)當(dāng)功率很大時功率很大時, 還可采用水負載，如圖還可采用水負載，如圖 52(d)所示所示, 由流動由流動的水將熱量帶走。的水將熱量帶走。 對同軸線來說對同軸線來說，匹配負載是由在同軸線內(nèi)外導(dǎo)體間放置匹配負載是由在同軸線內(nèi)外導(dǎo)體間放置圓錐形或階梯型吸收體而構(gòu)成圓錐形或階梯型吸收體而構(gòu)成, 如圖如圖 52(e)、(f)所示。所示。 微帶

10、匹配負載微帶匹配負載一般用半圓形的電阻作為吸收體，如圖一般用半圓形的電阻作為吸收體，如圖 52(g) 所示，這種負載具有頻帶寬且容量大的特點。所示，這種負載具有頻帶寬且容量大的特點。第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖52 各種匹配負載各種匹配負載第第5章章 微波元器件微波元器件 失配負載既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率，失配負載既吸收一部分微波功率又反射一部分微波功率， 而且一般制成一定大小駐波的標(biāo)準(zhǔn)失配負載，主要用于微波而且一般制成一定大小駐波的標(biāo)準(zhǔn)失配負載，主要用于微波測量。失配負載和匹配負載的制作相似，只是尺寸略微改變測量。失配負載和匹配負載的制作相似，只是尺寸略微改變了一下，

11、使之和原傳輸系統(tǒng)失配。比如波導(dǎo)失配負載，就是了一下，使之和原傳輸系統(tǒng)失配。比如波導(dǎo)失配負載，就是將匹配負載的波導(dǎo)窄邊將匹配負載的波導(dǎo)窄邊b制作成與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊制作成與標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)窄邊b0不一樣不一樣, 使使之有一定的反射。設(shè)駐波比為之有一定的反射。設(shè)駐波比為， 則有則有 (3) 失配負載失配負載)(00bbbb或(5-1-1)第第5章章 微波元器件微波元器件例如例如： 3cm的波段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)的波段標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)BJ-100的窄邊為的窄邊為10.16 mm， 若要若要求駐波比為求駐波比為1.1和和1.2， 則失配負載的窄邊分別為則失配負載的窄邊分別為9.236 mm和和8.407 mm。 微波連接元件是二端

12、口互易元件微波連接元件是二端口互易元件, 主要包括主要包括: 波導(dǎo)接頭、波導(dǎo)接頭、 衰減器、相移器、轉(zhuǎn)換接頭。衰減器、相移器、轉(zhuǎn)換接頭。 2. 微波連接元件微波連接元件 波導(dǎo)管一般采用法蘭盤連接波導(dǎo)管一般采用法蘭盤連接, 可分為可分為平法蘭接頭平法蘭接頭和和扼流法扼流法蘭接頭蘭接頭, 分別如圖分別如圖53(a)、(b)所示。所示。平法蘭接頭的特點平法蘭接頭的特點： 加工加工方便方便, 體積小體積小, 頻帶寬頻帶寬, 其駐波比可以做到其駐波比可以做到1.002以下以下, 但要求接但要求接觸表面光潔度較高。觸表面光潔度較高。 (1) 波導(dǎo)接頭波導(dǎo)接頭第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖 53 波導(dǎo)

13、法蘭接頭波導(dǎo)法蘭接頭 扼流法蘭接頭扼流法蘭接頭由一個刻有扼流槽的法蘭和一個平法蘭對接由一個刻有扼流槽的法蘭和一個平法蘭對接而成，而成，扼流法蘭接頭扼流法蘭接頭的特點是：功率容量大，的特點是：功率容量大， 接觸表面光潔度接觸表面光潔度要求不高，但要求不高，但工作頻帶較窄工作頻帶較窄，駐波比駐波比的典型值是的典型值是1.02。因此。因此平平接頭接頭常用常用低功率低功率、寬頻帶寬頻帶場合，而場合，而扼流接頭扼流接頭一般用于一般用于高功率高功率、窄頻帶窄頻帶場合。場合。第第5章章 微波元器件微波元器件 波導(dǎo)連接頭除了法蘭接頭之外波導(dǎo)連接頭除了法蘭接頭之外, 還有各種扭轉(zhuǎn)和彎曲元件還有各種扭轉(zhuǎn)和彎曲元件

14、(如圖如圖54所示所示)以滿足不同的需要。當(dāng)需要以滿足不同的需要。當(dāng)需要改變電磁波的極化方改變電磁波的極化方向向而不改變其傳輸方向時，用而不改變其傳輸方向時，用波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)元件波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)元件；當(dāng)需要改變電磁；當(dāng)需要改變電磁波的方向時，可用波導(dǎo)彎曲。波導(dǎo)彎曲可分為波的方向時，可用波導(dǎo)彎曲。波導(dǎo)彎曲可分為E面彎曲和面彎曲和H面面彎曲。彎曲。 為了使反射最小，扭轉(zhuǎn)長度應(yīng)為為了使反射最小，扭轉(zhuǎn)長度應(yīng)為(2n+1)g/4, E面波導(dǎo)彎面波導(dǎo)彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足曲的曲率半徑應(yīng)滿足R1.5b，H面彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足面彎曲的曲率半徑應(yīng)滿足R1.5a。 圖圖 5 4 波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)與彎曲元件波導(dǎo)扭轉(zhuǎn)與彎曲元件第第5章章

15、微波元器件微波元器件 衰減元件衰減元件和和相移元件相移元件用來改變導(dǎo)行系統(tǒng)中電磁波的幅度和用來改變導(dǎo)行系統(tǒng)中電磁波的幅度和相位。相位。 對于對于理想的衰減器理想的衰減器，其，其散射矩陣散射矩陣應(yīng)為應(yīng)為 最常用的衰減器是最常用的衰減器是吸收式衰減器吸收式衰減器, 它是在一段矩形波導(dǎo)中它是在一段矩形波導(dǎo)中平行于電場方向放置平行于電場方向放置吸收片吸收片而構(gòu)成而構(gòu)成, 有有固定式固定式和和可變式可變式兩種，兩種， 分別如圖分別如圖5 5(a)、 (b)所示所示。一般吸收片由膠木板表面涂覆石一般吸收片由膠木板表面涂覆石而而理想相移元件理想相移元件的的散射矩陣散射矩陣應(yīng)為應(yīng)為(5-1-2)0ee0llS

16、(5-1-3)0ee0jjS (2) 衰減元件和相移元件衰減元件和相移元件第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖55 吸收式衰減器吸收式衰減器第第5章章 微波元器件微波元器件g2l(5-1-4) 其中其中g(shù)為波導(dǎo)波長為波導(dǎo)波長, 在波導(dǎo)中改變介質(zhì)片位置，在波導(dǎo)中改變介質(zhì)片位置， 會改變會改變波波導(dǎo)波長導(dǎo)波長，從而實現(xiàn)相位的改變。，從而實現(xiàn)相位的改變。 墨或在玻璃片上蒸發(fā)一層厚的電阻膜組成墨或在玻璃片上蒸發(fā)一層厚的電阻膜組成, 一般兩端為尖劈形，一般兩端為尖劈形，以減小反射。由矩形波導(dǎo)以減小反射。由矩形波導(dǎo)TE10模的電場分布可知模的電場分布可知, 波導(dǎo)寬邊中波導(dǎo)寬邊中心位置電場最強心位置電場最強

17、, 逐漸向兩邊減小到零逐漸向兩邊減小到零, 因此因此, 當(dāng)吸收片沿波導(dǎo)當(dāng)吸收片沿波導(dǎo)橫向移動時，就可改變其衰減量。橫向移動時，就可改變其衰減量。 將將衰減器衰減器的吸收片換成介電常數(shù)的吸收片換成介電常數(shù)r1的無耗介質(zhì)片時，就的無耗介質(zhì)片時，就構(gòu)成了構(gòu)成了移相器移相器, 這是因為電磁波通過一段長為這是因為電磁波通過一段長為l的無耗傳輸系統(tǒng)的無耗傳輸系統(tǒng)后相位變化為后相位變化為第第5章章 微波元器件微波元器件 (3) 轉(zhuǎn)換接頭轉(zhuǎn)換接頭 微波從一種傳輸系統(tǒng)過渡到另一種傳輸系統(tǒng)時，要用微波從一種傳輸系統(tǒng)過渡到另一種傳輸系統(tǒng)時，要用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器。這一類轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中，一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時阻。這一類轉(zhuǎn)換

18、器的設(shè)計中，一方面要保證形狀轉(zhuǎn)換時阻抗的匹配，以保證信號有效傳送；另一方面要保證工作模式抗的匹配，以保證信號有效傳送；另一方面要保證工作模式的轉(zhuǎn)換。另一類轉(zhuǎn)換器是的轉(zhuǎn)換。另一類轉(zhuǎn)換器是極化轉(zhuǎn)換器極化轉(zhuǎn)換器, 由于在雷達、通信和電由于在雷達、通信和電子干擾中經(jīng)常用到子干擾中經(jīng)常用到圓極化波圓極化波，而微波傳輸系統(tǒng)往往是，而微波傳輸系統(tǒng)往往是線極化線極化的的, 為此需要進行極化轉(zhuǎn)換，這就需要為此需要進行極化轉(zhuǎn)換，這就需要極化轉(zhuǎn)換器極化轉(zhuǎn)換器。 由電磁場理論可知，一個由電磁場理論可知，一個圓極化波圓極化波可以分解為在空間互可以分解為在空間互相垂直、相位相差相垂直、相位相差90而幅度相等的兩個而幅度相

19、等的兩個線極化波線極化波; 另一方面另一方面, 一個線極化波也可以分解為在空間互相垂直、大小相等、相一個線極化波也可以分解為在空間互相垂直、大小相等、相位相同的兩個線極化波位相同的兩個線極化波, 只要設(shè)法將其中一個分量產(chǎn)生附加只要設(shè)法將其中一個分量產(chǎn)生附加90相移相移, 再合成起來便是一個圓極化波了。再合成起來便是一個圓極化波了。 第第5章章 微波元器件微波元器件 常用的常用的線線-圓極化轉(zhuǎn)換器圓極化轉(zhuǎn)換器有兩種有兩種: 多螺釘極化轉(zhuǎn)換器多螺釘極化轉(zhuǎn)換器和和介介質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器質(zhì)極化轉(zhuǎn)換器(圖圖56)。 這兩種結(jié)構(gòu)都是這兩種結(jié)構(gòu)都是慢波結(jié)構(gòu)慢波結(jié)構(gòu), 其相速要其相速要比空心圓波導(dǎo)小。比空心圓波導(dǎo)小

20、。 如果變換器輸入端輸入的是線極化波如果變換器輸入端輸入的是線極化波, 其其TE11模的電場模的電場與慢波結(jié)構(gòu)所在平面成與慢波結(jié)構(gòu)所在平面成45角角, 這個線極化分量將分解為垂這個線極化分量將分解為垂直和平行于慢波結(jié)構(gòu)所在平面的兩個分量直和平行于慢波結(jié)構(gòu)所在平面的兩個分量Eu和和Ev, 它們在空它們在空間互相垂直間互相垂直, 且都是主模且都是主模TE11, 只要螺釘數(shù)足夠多或介質(zhì)板足只要螺釘數(shù)足夠多或介質(zhì)板足夠長，就可以使平行分量產(chǎn)生附加夠長，就可以使平行分量產(chǎn)生附加90的相位滯后。的相位滯后。 于是，于是，在在極化轉(zhuǎn)換器極化轉(zhuǎn)換器的輸出端兩個分量合成的結(jié)果便是一個圓極化的輸出端兩個分量合成的

21、結(jié)果便是一個圓極化波。至于是左極化還是右極化，要根據(jù)極化轉(zhuǎn)換器輸入端的波。至于是左極化還是右極化，要根據(jù)極化轉(zhuǎn)換器輸入端的線極化方向與慢波平面之間的夾角確定。線極化方向與慢波平面之間的夾角確定。 第第5章章 微波元器件微波元器件 螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的螺釘是低功率微波裝置中普遍采用的調(diào)諧和匹配元件調(diào)諧和匹配元件, 它是在波導(dǎo)寬它是在波導(dǎo)寬邊中央插入可調(diào)螺釘作為調(diào)配元件邊中央插入可調(diào)螺釘作為調(diào)配元件, 如圖如圖57所示。所示。 螺釘深度的不同等效為螺釘深度的不同等效為不同的電抗元件不同的電抗元件, 使用時為了避免波導(dǎo)短路擊穿使用時為了避免波導(dǎo)短路擊穿, 螺釘都設(shè)計成容性螺釘都設(shè)計成容性

22、, 即螺即螺釘旋入波導(dǎo)中的深度應(yīng)小于釘旋入波導(dǎo)中的深度應(yīng)小于3b/4(b為波導(dǎo)窄邊尺寸為波導(dǎo)窄邊尺寸)。 由第由第1章的支節(jié)調(diào)配章的支節(jié)調(diào)配原理可知：多個相距一定距離的螺釘可構(gòu)成螺釘阻抗調(diào)配器原理可知：多個相距一定距離的螺釘可構(gòu)成螺釘阻抗調(diào)配器, 不同的是這不同的是這里支節(jié)用容性螺釘來代替。里支節(jié)用容性螺釘來代替。 3. 阻抗匹配元件阻抗匹配元件(1) 螺釘調(diào)配器螺釘調(diào)配器圖圖56極化轉(zhuǎn)換器極化轉(zhuǎn)換器第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖5 7 波導(dǎo)中的螺釘及其等效電路波導(dǎo)中的螺釘及其等效電路(2) 多階梯阻抗變換器多階梯阻抗變換器圖圖 58 螺釘調(diào)配器螺釘調(diào)配器第第5章章 微波元器件微波元器件

23、 設(shè)變換器共有設(shè)變換器共有N節(jié)，參考面分別為節(jié)，參考面分別為T0, T1, T2, , TN共共(N+1)個個, 如果參考面上局部電壓反射系數(shù)對稱選取如果參考面上局部電壓反射系數(shù)對稱選取, 即取即取則輸入?yún)⒖济鎰t輸入?yún)⒖济鎀0上總電壓反射系數(shù)上總電壓反射系數(shù)為為(5-1-5)22110NNN)2cos(cose2)ee ()ee (e)ee()e(eeee10j)2( j)2( j1jj0j)1(2j1212j02j)1(2j14j22j10NNNNNNNNNNjNNNNNN(5-1-6)(5-1-6) 第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖59各種多階梯阻抗變換器各種多階梯阻抗變換器圖圖510

24、多階梯阻抗變換器的等效電路多階梯阻抗變換器的等效電路第第5章章 微波元器件微波元器件于是反射系數(shù)模值為于是反射系數(shù)模值為(5-1-7) |=|0cosN+1cos(N-2)+| 當(dāng)當(dāng)0, 1, 等值給定時等值給定時, 上式右端為余弦函數(shù)上式右端為余弦函數(shù)cos的多項的多項式式, 滿足滿足|=0的的cos有很多解有很多解, 亦即有許多亦即有許多g使使|=0。這就是說，。這就是說，在許多工作頻率上都能實現(xiàn)阻抗匹配在許多工作頻率上都能實現(xiàn)阻抗匹配, 從而拓寬了頻帶。顯然從而拓寬了頻帶。顯然, 階梯級數(shù)越多階梯級數(shù)越多, 頻帶越寬。頻帶越寬。第第5章章 微波元器件微波元器件 由前面分析可知由前面分析可

25、知, 只要增加階梯的級數(shù)就可以增加工作帶只要增加階梯的級數(shù)就可以增加工作帶寬寬, 但增加了階梯級數(shù)但增加了階梯級數(shù), 變換器的總長度也要增加變換器的總長度也要增加, 尺寸會過大尺寸會過大, 結(jié)構(gòu)設(shè)計就更加困難結(jié)構(gòu)設(shè)計就更加困難, 因此產(chǎn)生了因此產(chǎn)生了漸變線漸變線代替代替多階梯多階梯。設(shè)漸變。設(shè)漸變線總長度為線總長度為L, 特性阻抗為特性阻抗為Z(z), 并建立如圖并建立如圖511所示坐標(biāo)所示坐標(biāo), 漸變漸變線 上 任 意 微 分 段線 上 任 意 微 分 段 z z + z , 對 應(yīng) 的 輸 入 阻 抗 為對 應(yīng) 的 輸 入 阻 抗 為Zin(z)Zin(z)+Zin(z), 由傳輸線理論得

26、由傳輸線理論得 (3) 漸變型阻抗變換器漸變型阻抗變換器圖圖511 漸變型阻抗變換器漸變型阻抗變換器第第5章章 微波元器件微波元器件 式中式中,為漸變線的相移常數(shù)。當(dāng)為漸變線的相移常數(shù)。當(dāng)z0時時, tanzz, 代入上式可得代入上式可得忽略高階無窮小量忽略高階無窮小量, 并整理可得并整理可得若令電壓反射系數(shù)為若令電壓反射系數(shù)為(z), 則則ininininin( )( )( )( )( )j ( )1j( )ZzZzZzZzZzZ zzzZ z(5-1-8b)()()(jd)(2ininzZzZzZzzdZ(5-1-9)()()()(ininzZZzZzZz(5-1-10)tan()()(

27、j)()tan()(j)()()()(inininininzzZzZzZzzZzZzZzZzZ(5-1-8a) 代入式代入式(5 -1 -9)并經(jīng)整理可得關(guān)于并經(jīng)整理可得關(guān)于(z)的非線性方程的非線性方程0d)(lnd)(1 21)(2 jd)(d2zzZzzzz(5-1-11)第第5章章 微波元器件微波元器件 當(dāng)漸變線變化較緩時當(dāng)漸變線變化較緩時, 近似認(rèn)為近似認(rèn)為1-2(z)1, 則可得關(guān)于則可得關(guān)于(z)的線性方程的線性方程其通解為其通解為故漸變線輸入端反射系數(shù)為故漸變線輸入端反射系數(shù)為0d2)(lnd)(j2d)(dzzZzzz(5-1-12)zzzZzzzded)(lnd21e)(2

28、j2j(5-1-13)zzzZzLLLded)(lnd21e2j22jin(5-1-14) 這樣，這樣， 當(dāng)漸變線特性阻抗當(dāng)漸變線特性阻抗Z(z)給定后給定后, 由式由式(5 - 1 - 14)就可求得漸變線輸入就可求得漸變線輸入端電壓反射系數(shù)。通常漸變線特性阻抗隨距離變化的規(guī)律有：端電壓反射系數(shù)。通常漸變線特性阻抗隨距離變化的規(guī)律有：指數(shù)型指數(shù)型、三角三角函數(shù)型函數(shù)型及及切比雪夫型切比雪夫型, 下面就來介紹下面就來介紹指數(shù)型漸變線指數(shù)型漸變線的特性的特性, 其特性阻抗?jié)M足其特性阻抗?jié)M足010ln21exp)(ZZLzZzZ(5-1-15) 可見當(dāng)可見當(dāng) 時，時， Z(z)=Z0, 而當(dāng)而當(dāng)

29、時，時，Z(z)=Zl, 于是有于是有2Lz2Lz 第第5章章 微波元器件微波元器件兩邊取模得兩邊取模得輸入端反射系數(shù)為輸入端反射系數(shù)為012j2201jlnsin21deln21eZZLLzZZLzLLLin(5-1-17)01inlnsin21ZZLL(5-1-18)10ln( )1lnZdZ zdzLZ(5-1-16)圖圖512 |in|隨隨L的變化曲線的變化曲線第第5章章 微波元器件微波元器件5.2 功率分配元器件功率分配元器件 定向耦合器定向耦合器是一種是一種具有定向傳輸特性具有定向傳輸特性的的四端口元件四端口元件, 它它是由耦合裝置聯(lián)系在一起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的是由耦合裝置聯(lián)系在一

30、起的兩對傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的, 如圖如圖513所示。所示。 圖中圖中“、 ”是一條傳輸系統(tǒng)，稱為主線；是一條傳輸系統(tǒng)，稱為主線；“、”為另一條傳輸系統(tǒng)為另一條傳輸系統(tǒng), 稱為副線。耦合裝置的耦合方式有許稱為副線。耦合裝置的耦合方式有許多種，一般有孔、分支線、耦合線等，形成不同的定向耦合多種，一般有孔、分支線、耦合線等，形成不同的定向耦合器。器。 1. 定向耦合器定向耦合器第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖513 定向耦合器的原理圖定向耦合器的原理圖 定向耦合器是定向耦合器是四端口網(wǎng)絡(luò)四端口網(wǎng)絡(luò), 端口端口“”為輸入端為輸入端, 端口端口“”為為直通輸出端直通輸出端, 端口端口“”為為耦合輸出端耦合

31、輸出端, 端口端口“”為隔離端為隔離端, 并設(shè)其散射矩陣為并設(shè)其散射矩陣為S。描述定向耦合器的性能指標(biāo)有。描述定向耦合器的性能指標(biāo)有: 耦合耦合度度、隔離度隔離度、 定向度定向度、輸入駐波比輸入駐波比和和工作帶寬工作帶寬。下面分別加。下面分別加以介紹。以介紹。 1) 定向耦合器的性能指標(biāo)定向耦合器的性能指標(biāo)第第5章章 微波元器件微波元器件 輸入端輸入端“”的輸入功率的輸入功率P1和隔離端和隔離端“”的輸出功率的輸出功率P4之之比定義為隔離度比定義為隔離度, 記作記作I。 輸入端輸入端“”的輸入功率的輸入功率P1與耦合端與耦合端“”的輸出功率的輸出功率P3之之比定義為耦合度，記作比定義為耦合度，

32、記作C。1313110lg20lg(dB)PCPs(5-2-1)1414110lg20lg(d )PIBPs(5-2-2)(1)耦合度耦合度 (2) 隔離度隔離度 耦合端耦合端“”的輸出功率的輸出功率P3與隔離端與隔離端“”的輸出功率的輸出功率P4之之比定義為比定義為定向度定向度，記作，記作D。 (3) 定向度定向度第第5章章 微波元器件微波元器件 波導(dǎo)雙孔定向耦合器是最簡單的波導(dǎo)定向耦合器波導(dǎo)雙孔定向耦合器是最簡單的波導(dǎo)定向耦合器, 主、副波導(dǎo)通過其主、副波導(dǎo)通過其公共窄壁上兩個相距公共窄壁上兩個相距d=(2n+1)g0/4 的小孔實現(xiàn)耦合。其中，的小孔實現(xiàn)耦合。其中，g0是是中心頻率中心頻

33、率所對應(yīng)的所對應(yīng)的波導(dǎo)波長波導(dǎo)波長, n為正整數(shù)為正整數(shù), 一般取一般取n=0。耦合孔一般是圓形。耦合孔一般是圓形, 也可以是也可以是其它形狀。根據(jù)耦合器的耦合機理其它形狀。根據(jù)耦合器的耦合機理, 畫出如圖畫出如圖5 14(b)所示的原理圖。所示的原理圖。2) 波導(dǎo)雙孔定向耦合器波導(dǎo)雙孔定向耦合器 端口端口“、 、 ”都接匹配負載時的輸入端口都接匹配負載時的輸入端口“”的駐波比定義為的駐波比定義為輸入駐波比，記作輸入駐波比，記作。 31341410lg20lg(dB)PsDICPs(5-2-3)111111ss(5-2-4) (4) 輸入駐波比輸入駐波比 工作帶寬是指定向耦合器的上述工作帶寬是

34、指定向耦合器的上述C、I、D、等參數(shù)均滿足要求時的工等參數(shù)均滿足要求時的工作頻率范圍。作頻率范圍。 (5) 工作帶寬工作帶寬 第第28節(jié)課（第節(jié)課（第7周）結(jié)束周）結(jié)束第第5章章 微波元器件微波元器件ddquuuj32j313e2e(5-2-5) 根據(jù)耦合器的耦合機理，可將它畫成如圖根據(jù)耦合器的耦合機理，可將它畫成如圖5-14(5-14(b b) )所示原理圖。設(shè)端口所示原理圖。設(shè)端口入射入射 波波 ，第一個小孔耦合到副波導(dǎo)中的歸一化出射波為，第一個小孔耦合到副波導(dǎo)中的歸一化出射波為 和和 ，為小孔耦合系數(shù)。假設(shè)小孔很小，到達第二個小，為小孔耦合系數(shù)。假設(shè)小孔很小，到達第二個小孔的電磁波能量不

35、變，只是引起相位差，第二個小孔處耦合到副波導(dǎo)處的孔的電磁波能量不變，只是引起相位差，第二個小孔處耦合到副波導(dǎo)處的歸一化出射波分別為歸一化出射波分別為 和和 ，在副波導(dǎo)輸出端口，在副波導(dǎo)輸出端口合成的歸一化出射波為：合成的歸一化出射波為： 10TE) 1(1uqu41qu31djqeu42djqeu32圖圖514 波導(dǎo)雙孔定向耦合器波導(dǎo)雙孔定向耦合器第第5章章 微波元器件微波元器件 式中式中, a、b分別為矩形波導(dǎo)的寬邊和窄邊；分別為矩形波導(dǎo)的寬邊和窄邊；r為小孔的半徑；為小孔的半徑；是是TE10模模的相移常數(shù)。而波導(dǎo)雙孔定向耦合器的定向度為的相移常數(shù)。而波導(dǎo)雙孔定向耦合器的定向度為 當(dāng)工作在中

36、心頻率時當(dāng)工作在中心頻率時, d=/2, 此時此時D; 當(dāng)偏離中心頻率時當(dāng)偏離中心頻率時, secd具有具有一定的數(shù)值一定的數(shù)值, 此時此時D不再為無窮大。實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上不再為無窮大。實際上雙孔耦合器即使在中心頻率上, 其其定向性也不是無窮大定向性也不是無窮大, 而只能在而只能在30dB左右。左右。ddqquuDseclg20cos22lg20lg2043(5-2-9)副波導(dǎo)輸出端口副波導(dǎo)輸出端口“”合成的歸一化出射波為合成的歸一化出射波為由此可得波導(dǎo)雙孔定向耦合器的耦合度為由此可得波導(dǎo)雙孔定向耦合器的耦合度為小圓孔耦合的耦合系數(shù)為小圓孔耦合的耦合系數(shù)為dddqquuuj2j

37、j42414edcos2)e1 (e(5-2-6)(2lg20lg20lg20331dBquuuC(5-2-7)32341raabq(5-2-8)第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖515雙分支定向耦合器雙分支定向耦合器 假設(shè)輸入電壓信號從端口假設(shè)輸入電壓信號從端口“”經(jīng)經(jīng)A點輸入點輸入, 則到達則到達D點的信號有兩路點的信號有兩路, 一路是由分支線直達一路是由分支線直達, 其波行程為其波行程為g/4, 另一路由另一路由ABCD, 波行程為波行程為3g/4; 故兩條路徑到達的波行程差為故兩條路徑到達的波行程差為g/2, 相應(yīng)的相位差為相應(yīng)的相位差為, 即相位相反。因即相位相反。因此若選擇合適的

38、特性阻抗此若選擇合適的特性阻抗, 使到達的兩路信號的振幅相等使到達的兩路信號的振幅相等, 則端口則端口“”處的處的兩路信號相互抵消兩路信號相互抵消, 從而實現(xiàn)隔離。從而實現(xiàn)隔離。 3) 雙分支定向耦合器雙分支定向耦合器 同樣由同樣由AC的兩路信號為同相信號的兩路信號為同相信號, 故在端口故在端口“”有耦合輸出信號有耦合輸出信號, 即端口即端口“”為耦合端。耦合端輸出信號的大小同樣取決于各線的特性阻抗。為耦合端。耦合端輸出信號的大小同樣取決于各線的特性阻抗。 第第5章章 微波元器件微波元器件 各線的特性阻抗與各線的特性阻抗與|U3r|的關(guān)系式為的關(guān)系式為20p03r0p13r0p23rttZZk

39、UZZUZ kZU(5-2-11)dB(lg102r3UkC (5-2-10) 下面給出下面給出微帶雙分支定向耦合器微帶雙分支定向耦合器的設(shè)計公式。的設(shè)計公式。 設(shè)耦合端設(shè)耦合端“”的反射波的反射波電壓為電壓為|U3r|, 則該耦合器的耦合度為則該耦合器的耦合度為 對于耦合度為對于耦合度為3dB、阻抗變換比、阻抗變換比k=1的特殊定向耦合器的特殊定向耦合器, 稱為稱為3dB定向定向耦合器耦合器, 它通常用在它通常用在平衡混頻電路平衡混頻電路中。此時中。此時第第5章章 微波元器件微波元器件此時此時散射矩陣散射矩陣為為 分支線定向耦合器的帶寬受分支線定向耦合器的帶寬受g/4的限制的限制, 一般可做

40、到一般可做到10%20%, 若要求若要求頻帶更寬頻帶更寬, 可采用可采用多節(jié)分支耦合器多節(jié)分支耦合器。 01000111002010jjSjj （5-2-13）001203r212PttZZZZZU（5-2-12）4) 平行耦合微帶定向耦合器平行耦合微帶定向耦合器圖圖 5 16 平行耦合微帶定向耦合器平行耦合微帶定向耦合器第第5章章 微波元器件微波元器件 其中，其中，Z0為匹配負載阻抗為匹配負載阻抗, K為電壓耦合系數(shù)。設(shè)各端口均接阻抗為為電壓耦合系數(shù)。設(shè)各端口均接阻抗為Z0的的負載負載, 如圖如圖516所示所示, 根據(jù)奇偶模分析根據(jù)奇偶模分析, 則可等效為圖則可等效為圖517。 端口端口“”

41、處輸處輸入阻抗為入阻抗為00oe0e0o0e0ooZZ ZZZKZZ（5-2-14）設(shè)平行耦合微帶線的奇、偶模特性阻抗分別為設(shè)平行耦合微帶線的奇、偶模特性阻抗分別為Z0o和和Z0e,令令o1e1o1e111inIIUUIUZ(5 -2 -15) 下面來證明端口下面來證明端口“”是匹配的。由圖是匹配的。由圖517 知，知， 端口端口“”處的奇偶模處的奇偶模輸入阻抗為輸入阻抗為00o00ein0oin0e0000tanjtan, tanjtanoeoeZjZZZZZZZZjZZZ(5 -2 -16)將式將式(5214)代入上式代入上式(5216)得得0e0o0o0eoein0oin0e0o0e0e

42、0ojtanjtan, jtanjtanZZZZZZZZZZZZ(5217)第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖517平行耦合微帶定向耦合器奇偶模等效電路平行耦合微帶定向耦合器奇偶模等效電路可見，可見，ZoinZein=Z0eZ0o=Z20 。由奇偶模等效電路得端口由奇偶模等效電路得端口“”的奇偶模電壓和電流分別為的奇偶模電壓和電流分別為oeinin1o010oein0in01010oein0in011 221111 22eoeZZUUUUZZZZIUIUZZZZ(5 -2 -18)(5 -2 -19) 代入式（代入式（5215）并利用式（）并利用式（5217）則有）則有00einoin0ei

43、noin0oineinin2)()(ZZZZZZZZZZZ(5 -2 -20)第第5章章 微波元器件微波元器件可見端口可見端口“”是匹配的是匹配的, 所以加上的電壓所以加上的電壓U0, 即為入射波電壓即為入射波電壓, 由對稱性由對稱性可知其余端口也是匹配的?？芍溆喽丝谝彩瞧ヅ涞?。 由分壓公式可得端口由分壓公式可得端口“”的合成電壓為的合成電壓為0o0e00o0e0o1e1o3e3321tan)( j2tan)( j2UZZZZZUUUUU(5 -2 -21) 將式將式(5214)代入代入, 于是有耦合端口于是有耦合端口“”輸出電壓與端口輸出電壓與端口“”輸入輸入電壓之比為電壓之比為端口的端口

44、的和端口和端口處的合成電壓分別為處的合成電壓分別為tanj1tanj203KKUU(5 -2 -22)U4=U4e+U4o=U2e-U2o=0022o2e22sinjcos11UKKUUU(5 -2 -23)第第5章章 微波元器件微波元器件 于是給定耦合度于是給定耦合度C及引出線的特性阻抗及引出線的特性阻抗Z0后后, 由式由式(5225)求得耦合系求得耦合系數(shù)數(shù)K, 從而可確定從而可確定Z0o和和Z0e: 然后由此確定平行耦合線的尺寸。值得指出的是然后由此確定平行耦合線的尺寸。值得指出的是: 在上述在上述分析中假定分析中假定了耦合線奇偶模相速相同了耦合線奇偶模相速相同, 因而電長度相同因而電長

45、度相同, 但但實際微帶線的奇偶模相速是實際微帶線的奇偶模相速是不相等的不相等的, 所以按上述方法設(shè)計出的定向耦合器性能會變差。為改善性能所以按上述方法設(shè)計出的定向耦合器性能會變差。為改善性能, 一般可取一般可取介質(zhì)覆蓋介質(zhì)覆蓋、 耦合段加齒形耦合段加齒形或其它補償措施或其它補償措施, 圖圖518給出了兩種補給出了兩種補償結(jié)構(gòu)。償結(jié)構(gòu)。 0o00e01111KZZKKZZK(5 -2 -26) 可見可見, 端口端口“”有耦合輸出而端口有耦合輸出而端口“”為隔離端為隔離端, 當(dāng)工作在中心頻率當(dāng)工作在中心頻率上上, =/2, 此時此時 可見端口可見端口“”、 “”電壓相差電壓相差 90, 相應(yīng)的相應(yīng)

46、的耦合度耦合度為為22030j 1UKUUKU (5 -2 -24)dB(lg20lg2003KUUC(5 -2 -25)第第5章章 微波元器件微波元器件 將一路微波功率按一定比例分成將一路微波功率按一定比例分成n路輸出的功率元件路輸出的功率元件稱為稱為功率分配器功率分配器。按。按輸出功率比例不同輸出功率比例不同, 可分為可分為等功率分配器等功率分配器和和不等功率分配器不等功率分配器。在結(jié)構(gòu)上。在結(jié)構(gòu)上, 大功大功率往往采用率往往采用同軸線同軸線而而中小功率常采用中小功率常采用微帶線微帶線。 2. 功率分配器功率分配器 兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)如圖兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)如圖 519

47、所示，其中輸入端口特性阻所示，其中輸入端口特性阻抗為抗為Z0，分成的兩段微帶線電長度為，分成的兩段微帶線電長度為g/4，特性阻抗分別是，特性阻抗分別是Z02和和Z03，終端，終端分別接有電阻分別接有電阻R2和和R3。功率分配器的功率分配器的基本要求基本要求如下如下: (1) 兩路微帶功率分配器兩路微帶功率分配器圖圖518平行耦合微帶定向耦合器的補償結(jié)構(gòu)平行耦合微帶定向耦合器的補償結(jié)構(gòu)第第5章章 微波元器件微波元器件 端口端口“”無反射無反射; 端口端口“、 ”輸出電壓相等且輸出電壓相等且同相同相; 端口端口“、 ”輸出功率比值為任意指定值，設(shè)為輸出功率比值為任意指定值，設(shè)為 根據(jù)以上三條有根據(jù)

48、以上三條有21kin2in3022322232311111122ZZZUURRkUU(5 -2 -27)圖圖519 兩路兩路微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)微帶功率分配器的平面結(jié)構(gòu)第第5章章 微波元器件微波元器件 這樣共有這樣共有R2、R3、Z02、Z03四個參數(shù)四個參數(shù)而而只有只有三個約束條件三個約束條件, 故可任意指故可任意指定其中的一個參數(shù)定其中的一個參數(shù), 現(xiàn)設(shè)現(xiàn)設(shè)R2=kZ0, 于是由上兩式可得其它參數(shù)于是由上兩式可得其它參數(shù): 由傳輸線理論有由傳輸線理論有202in22203in33ZZRZZR（5-2-28）2022303003(1)(1)/ZZkkZZkkZRk（5-2-29） 實際的

49、功率分配器終端負載往往是特性阻抗為實際的功率分配器終端負載往往是特性阻抗為Z0的傳輸線的傳輸線, 而不是純電而不是純電阻阻, 此時可用此時可用g/4阻抗變換器將其變?yōu)樗桦娮枳杩棺儞Q器將其變?yōu)樗桦娮? 另一方面另一方面U2、U3等幅同相等幅同相, 在在“、”端跨接電阻端跨接電阻Rj, 既不影響功率分配器性能既不影響功率分配器性能, 又可增加又可增加隔離度隔離度。于是實。于是實際功率分配器平面結(jié)構(gòu)如圖際功率分配器平面結(jié)構(gòu)如圖520所示所示, 其中其中Z04、Z05及及Rj 由以下公式確定由以下公式確定: 第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖520實際功率分配器平面結(jié)構(gòu)圖實際功率分配器平面結(jié)構(gòu)圖

50、0420000530201jZR ZZkZZR ZkkRZk（5-2-30） 微帶環(huán)形電橋微帶環(huán)形電橋是在波導(dǎo)環(huán)形電橋基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種是在波導(dǎo)環(huán)形電橋基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種功率分配元件功率分配元件。 其結(jié)構(gòu)原理圖如圖其結(jié)構(gòu)原理圖如圖521所示所示, 它由全長為它由全長為3g/2的環(huán)及與它相連的四個分支組的環(huán)及與它相連的四個分支組成成, 分支與環(huán)并聯(lián)。分支與環(huán)并聯(lián)。 (2) 微帶環(huán)形電橋微帶環(huán)形電橋第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖521微帶環(huán)形電橋結(jié)構(gòu)微帶環(huán)形電橋結(jié)構(gòu) 其中端口其中端口“”為輸入端為輸入端, 該端口無反射該端口無反射, 端口端口“、 ”等幅同相輸出等幅同相輸出, 而端口而端

51、口“”為隔離端為隔離端, 無輸出。其工作原理可用類似無輸出。其工作原理可用類似定向耦合器定向耦合器的的波程疊波程疊加方法加方法進行分析。在這里不作詳細分析進行分析。在這里不作詳細分析, 只給出其特性參數(shù)應(yīng)滿足的條件。只給出其特性參數(shù)應(yīng)滿足的條件。 設(shè)環(huán)路各段歸一化特性導(dǎo)納分別為設(shè)環(huán)路各段歸一化特性導(dǎo)納分別為a、b、c, 而四個分支的歸一化特性而四個分支的歸一化特性導(dǎo)納為導(dǎo)納為1。則滿足上述。則滿足上述端口輸入輸出條件端口輸入輸出條件下下, 各環(huán)路段的歸一化特性導(dǎo)納為各環(huán)路段的歸一化特性導(dǎo)納為而對應(yīng)的散射矩陣為而對應(yīng)的散射矩陣為21cba（5-2-31） 0000100200jjjjSjjjj（

52、5-2-32）第第5章章 微波元器件微波元器件 E面面T型分支器是在主波導(dǎo)寬邊面上的分支型分支器是在主波導(dǎo)寬邊面上的分支, 其軸線平行于主波導(dǎo)的其軸線平行于主波導(dǎo)的TE10模的電場方向模的電場方向, 簡稱簡稱ET分支。其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖分支。其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖522所示所示, 由等效電路由等效電路可見可見, ET分支相當(dāng)于分支相當(dāng)于分支波導(dǎo)分支波導(dǎo)與與主波導(dǎo)主波導(dǎo)串聯(lián)串聯(lián)。 將微波能量從主波導(dǎo)中分路接出的元件稱為將微波能量從主波導(dǎo)中分路接出的元件稱為波導(dǎo)分支器波導(dǎo)分支器, 它是微波功率分它是微波功率分配器件的一種配器件的一種, 常用的波導(dǎo)分支器有常用的波導(dǎo)分支器有E面面T型分支型分支、H面

53、面T型分支型分支和和匹配雙匹配雙T。(1) E-T分支分支3. 波導(dǎo)分支器波導(dǎo)分支器圖圖 522 ET分支結(jié)構(gòu)及等效電路分支結(jié)構(gòu)及等效電路第第5章章 微波元器件微波元器件 當(dāng)微波信號從端口當(dāng)微波信號從端口“”輸入時輸入時, 平均地分給端口平均地分給端口“、 ”, 但兩端口但兩端口是等幅反相的是等幅反相的; 當(dāng)信號從端口當(dāng)信號從端口“、”反相激勵時反相激勵時, 則在端口則在端口“”合成輸出合成輸出最大最大; 而當(dāng)同相激勵端口而當(dāng)同相激勵端口“、”時時, 端口端口“”將無輸出。將無輸出。 由此可得由此可得E-T分分支的支的S參數(shù)為參數(shù)為（5-2-33） 11122211122211022S H-T

54、分支是在分支是在主波導(dǎo)窄邊面上的分支主波導(dǎo)窄邊面上的分支, 其軸線平行于主波導(dǎo)其軸線平行于主波導(dǎo)TE10模的磁模的磁場方向場方向, 其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖其結(jié)構(gòu)及等效電路如圖523所示所示, 當(dāng)微波信號從端口當(dāng)微波信號從端口“”輸入時輸入時, 平均地分給端口平均地分給端口“、”, 這兩端口得到的是等幅同相的這兩端口得到的是等幅同相的TE10波波; 當(dāng)在端當(dāng)在端口口“、”同相激勵時同相激勵時, 端口端口“”合成輸出最大合成輸出最大, 而當(dāng)反相激勵時端口而當(dāng)反相激勵時端口“”將無輸出。將無輸出。 H-T分支的散射矩陣為分支的散射矩陣為 (2)H-T分支分支第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖 523

55、HT分支結(jié)構(gòu)及等效電路分支結(jié)構(gòu)及等效電路（5-2-34） 02121212121212121S 將將ET分支和分支和HT分支合并分支合并, 并在接頭內(nèi)加匹配以消除各路的反射并在接頭內(nèi)加匹配以消除各路的反射, 則則構(gòu)成構(gòu)成匹配雙匹配雙T, 也稱為也稱為魔魔T, 如圖如圖 524 所示。它有以下特征所示。它有以下特征: (3) 匹配雙匹配雙T第第5章章 微波元器件微波元器件 四個端口完全匹配四個端口完全匹配; 端口端口“、 ”對稱對稱, 即有即有s11=s22; 當(dāng)端口當(dāng)端口“”輸入輸入, 端口端口“、”有有等幅同相波輸出等幅同相波輸出, 端口端口“”隔離隔離; 當(dāng)端口當(dāng)端口“”輸入輸入, 端口端

56、口“、 ”有有等幅反相波輸出等幅反相波輸出, 端口端口“”隔離隔離; 當(dāng)端口當(dāng)端口“”或或“”輸入時輸入時, 端口端口“、”等分輸出而對應(yīng)端口等分輸出而對應(yīng)端口“”或或“”隔離隔離; 圖圖 524 魔魔T的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 當(dāng)端口當(dāng)端口“、 ”同時加入信號同時加入信號, 端口端口“”輸出兩信號相量和的輸出兩信號相量和的 倍倍, 端口端口“”輸出兩信號差的輸出兩信號差的 倍。倍。2121第第5章章 微波元器件微波元器件（5-2-35）1122132314243344340 0sssssssss 端口端口“”稱為魔稱為魔T的的H臂或臂或“和和”臂臂, 而端口而端口“”稱為魔稱為魔T的的E臂或臂或“差差”

57、臂。臂。根據(jù)以上分析根據(jù)以上分析, , 魔魔T各散射參數(shù)有以下關(guān)系各散射參數(shù)有以下關(guān)系: : 網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)是無耗無耗的的, 則有則有 總之總之, 魔魔T具有具有對口隔離對口隔離, 鄰口鄰口3dB耦合耦合及及完全匹配完全匹配的關(guān)系的關(guān)系, 因此它在微因此它在微波領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用波領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用, 尤其用在尤其用在雷達收發(fā)開關(guān)雷達收發(fā)開關(guān)、 混頻器混頻器及及移相器移相器等場合。等場合。以上兩式經(jīng)推導(dǎo)可得魔以上兩式經(jīng)推導(dǎo)可得魔T的的S矩陣為矩陣為(5 - 2 - 36) ISS(5 - 2 - 37) 011010011001011021S第第5章章 微波元器件微波元器件第第5章章 微波元器件微

58、波元器件5. 3 微波諧振器件微波諧振器件 在低頻電路中在低頻電路中, 諧振回路是一種基本元件諧振回路是一種基本元件, 它是由電感和電它是由電感和電容串聯(lián)或并聯(lián)而成容串聯(lián)或并聯(lián)而成, 在振蕩器中作為振蕩回路，用以控制振蕩在振蕩器中作為振蕩回路，用以控制振蕩器的頻率器的頻率; 在放大器中用作諧振回路在放大器中用作諧振回路; 在帶通或帶阻濾波器中在帶通或帶阻濾波器中作為選頻元件等。在微波頻率上作為選頻元件等。在微波頻率上, 也有上述功能的器件也有上述功能的器件, 這就這就是是微波諧振器件微波諧振器件, 它的結(jié)構(gòu)是根據(jù)微波頻率的特點從它的結(jié)構(gòu)是根據(jù)微波頻率的特點從LC回路演回路演變而成的。微波諧振器

59、一般有變而成的。微波諧振器一般有傳輸線型諧振器傳輸線型諧振器和和非傳輸線諧非傳輸線諧振器振器兩大類兩大類, 傳輸線型諧振器是一段由傳輸線型諧振器是一段由兩端兩端短路短路或或開路開路的微波的微波導(dǎo)行系統(tǒng)構(gòu)成的導(dǎo)行系統(tǒng)構(gòu)成的, 如如金屬空腔諧振器金屬空腔諧振器、 同軸線諧振器同軸線諧振器和和微帶諧微帶諧振器振器等等, 如圖如圖 525 所示所示, 在實際應(yīng)用中大部分采用此類諧振器。在實際應(yīng)用中大部分采用此類諧振器。 第第5章章 微波元器件微波元器件圖圖525各種微波諧振器各種微波諧振器 1. 微波諧振器件的演化過程及其基本參量微波諧振器件的演化過程及其基本參量 低頻電路中的低頻電路中的LC回路是由

60、平行板電容回路是由平行板電容C和電感和電感L并聯(lián)構(gòu)成，并聯(lián)構(gòu)成， 如圖如圖526(a)所示。它的諧振頻率為所示。它的諧振頻率為第第5章章 微波元器件微波元器件 當(dāng)要求諧振頻率越來越高時當(dāng)要求諧振頻率越來越高時, 必須必須減小減小L和和C。 減小電容就減小電容就要要增大平行板距離增大平行板距離, 而減小電感就要而減小電感就要減少電感線圈的匝數(shù)減少電感線圈的匝數(shù), 直到直到僅有一匝如圖僅有一匝如圖526(b)所示所示; 如果頻率進一步提高如果頻率進一步提高, 可以將多個可以將多個單匝線圈并聯(lián)以減小電感單匝線圈并聯(lián)以減小電感L, 如圖如圖526(c)所示所示; 進一步增加線圈進一步增加線圈數(shù)目數(shù)目,